Η Υδρόγειος ως επιχειρησιακό εργαλείο υδρολογικής προσομοίωσης και διαχείρισης τροποποιημένων λεκανών

ΔΠΜΣ Επιστήμη και Τεχνολογία Υδατικών Πόρων Παρουσίαση στα πλαίσια του μαθήματος: «Προχωρημένη Υδρολογία» Η Υδρόγειος ως επιχειρησιακό εργαλείο υδρολογικής προσομοίωσης και διαχείρισης τροποποιημένων λεκανών Ανδρέας Ευστρατιάδης, Δρ. Πολιτικός Μηχανικός Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο, Τομέας Υδατικών Πόρων και Περιβάλλοντος Μάιος 2012

Τυπικά υδρολογικά προβλήματα: Πόσο επαρκή είναι τα υφιστάμενα μοντέλα;

Πρόβλημα 1: Εκτίμηση απορροής με βάση μετρήσειςσεάλλεςθέσειςτηςλεκάνης Σε ορισμένες περιπτώσεις διατίθενται μετρήσεις παροχής σε διαφορετικές θέσεις της λεκάνης σε σχέση με τα σημεία ενδιαφέροντος (π.χ. θέσεις κατασκευής έργων, πραγματοποίησης απολήψεων, κτλ.). Ησυνήθης«μεταφορά» της απορροής με απλές εμπειρικές σχέσεις (π.χ. λόγος εμβαδών υπολεκανών) έχει αποδειχθεί εξαιρετικά επισφαλής, λόγω της έντονης ετερογένειας των γεωμορφολογικών χαρακτηριστικών της λεκάνης και, συνακόλουθα, των υδρολογικών διεργασιών. Σταθμός Κέδρου Φράγμα Σμοκόβου Σταθμός Λαέρμα Σταθμός Ξυνιάδας Φράγμα Γαδουρά Λεκάνη Γαδουρά (Ευστρατιάδης & Ρόζος, 2010) Υδροσύστημα Σμοκόβου (Ευστρατιάδης κ.ά., 2008) Ευστρατιάδης, Α.: Η Υδρόγειος ως επιχειρησιακό εργαλείο υδρολογικής προσομοίωσης και διαχείρισης τροποποιημένων λεκανών 3

Πρόβλημα 2: Εκτίμηση υδατικού ισοζυγίου καρστικών λεκανών Οι καρστικές λεκάνες παρουσιάζουν αρκετές ιδιομορφίες (χαμηλή επιφανειακή απορροή, μεγάλο υπόγειο δυναμικό, υπόγειες εισροές και εκροές) και υψηλή αβεβαιότητα στην την κατάρτιση του υδατικού τους ισοζυγίου. Παραδοσιακά, η μοντελοποίηση των επιφανειακών και υπόγειων νερών αντιμετωπίζεται ως δύο ανεξάρτητα προβλήματα. Στην Ελλάδα, η ανεξαρτησία αυτή κατοχυρώνεται από το νόμο, καθώς η εκπόνηση των υδρολογικών και υδρογεωλογικών μελετών ανατίθεται σε διαφορετικές επαγγελματικές ομάδες. Στην υδρολογική αντιμετώπιση, η βασική ροή θεωρείται συνιστώσα της συνολικής απορροής, που προέρχεται αποκλειστικά από τη βροχή στην αντίστοιχη υδρολογική λεκάνη. Στην υδρογεωλογική αντιμετώπιση, η κατείσδυση θεωρείται σταθερό ποσοστό της βροχής. Η σχέση βροχής κατείσδυσης είναι έντονα μη γραμμική, ενώειδικάστακαρστικάσυστήματα, η ζώνη τροφοδοσίας των πηγών δεν ταυτίζεται κατ ανάγκη με τα υδρολογικά όρια (υδροκρίτης). Εδάφη μέτριας περατότητας (προσχωματικά) Λεκάνη Liri Garigliano (Rianna et al., 2011) Εδάφη υψηλής περατότητας (καρστικά) Ευστρατιάδης, Α.: Η Υδρόγειος ως επιχειρησιακό εργαλείο υδρολογικής προσομοίωσης και διαχείρισης τροποποιημένων λεκανών 4

Πρόβλημα 3: Εκτίμηση επιπτώσεων αντλήσεων στο υδατικό δυναμικό Οι αντλήσεις επιδρούν στο ισοζύγιο, καθώς αφαιρούνται από την υπόγεια απορροή. Στα υδρογεωλογικά μοντέλα, οι αντλήσεις εισάγονται ως εξωτερικές φορτίσεις, ενώ στα τυπικά υδρολογικά μοντέλα δεν υπάρχει δυνατότητα περιγραφής τους. Αρδευτικές γεωτρήσεις Εκτενή μέτωπα υπόγειων διαφυγών προς τη θάλασσα και τη λεκάνη της Υλίκης Υδρευτικές γεωτρήσεις Υδραγωγείο Μόρνου Εισροές Υλίκης Εισροές Υλίκης Λίμνη Υλίκη Άντληση Άντληση από από γεωτρήσεις γεωτρήσεις Αρδευτικές απολήψεις (Κωπαΐδα) Εκροές Εκροές Υλίκης Υλίκης Υδροσύστημα Βοιωτικού Κηφισού (Rozos et al., 2004 Ευστρατιάδης, 2008 Efstratiadis et al., 2008 Κοψιαύτη, 2009 Ρόζος, 2010 Nalbantis et al., 2011) Ευστρατιάδης, Α.: Η Υδρόγειος ως επιχειρησιακό εργαλείο υδρολογικής προσομοίωσης και διαχείρισης τροποποιημένων λεκανών 5

Πρόβλημα 4: Διαχείριση υδατικών πόρων σε τροποποιημένες λεκάνες Οι ανθρωπογενείς επεμβάσεις στη λεκάνη, μέσω των υδραυλικών έργων, επηρεάζουν τη χωροχρονική δίαιτα τόσο των επιφανειακών όσο και των υπόγειων νερών. Στα διαχειριστικά μοντέλα, οι υδρολογικές εισροές του υδροσυστήματος θεωρούνται γνωστές (π.χ. παράγονται μέσω στοχαστικής προσομοίωσης), ενώ οι εκροές (απολήψεις, αντλήσεις) αποτελούν τις μεταβλητές ελέγχου του προβλήματος. Στην πράξη, οι εισροές εξαρτώνται από τις εκροές, και αντίστροφα. Τρίκαλα Πηνειός Πηνειός Πηνειός Έξοδος συστήµατος Σαρακήνα Σέλανα Μουζάκι Πάµισος Πάµισος Καλέντζης Αλή Εφέντη Ενιπέας (πληµµυρική τάφρος) Ενιπέας (κανονική κοίτη) Ενιπέας Μεσενικόλας Αρδευτικό Πλαστήρα Παλαµάς Φαρσαλιώτης Ενιπέας Υδροσύστημα Δυτικής Θεσσαλίας (Τέγος, 2005 Ευστρατιάδηςκ.ά., 2006) Ταµιευτήρας Πλαστήρα εξαµενή ρύθµισης Ξυνονέρι Σοφαδίτης Αγιοπηγή Κέδρος Ταµιευτήρας Σµοκόβου Φαρσαλιώτης Αµπελιά Σοφάδες Αρδευτικά έργα Σµοκόβου Ευστρατιάδης, Α.: Η Υδρόγειος ως επιχειρησιακό εργαλείο υδρολογικής προσομοίωσης και διαχείρισης τροποποιημένων λεκανών 6

Πρόβλημα 5: Προσομοίωση πλημμυρών σε λεκάνες μεγάλης κλίμακας Η μοντελοποίηση των πλημμυρών αντιμετωπίζεται με τυπικά εργαλεία γεγονότος, που χρησιμοποιούν ντετερμινιστικές καταιγίδες σχεδιασμού και εμπειρικές σχέσεις για την εκτίμηση της ενεργού βροχόπτωσης και του μετασχηματισμού της σε απορροή. Οι ευρέως εφαρμοζόμενες μεθοδολογίες κατασκευής καταιγίδων σχεδιασμού αδυνατούν να περιγράψουν σωστά τη μεταβλητότητα της βροχόπτωσης, καθώς δεν λαμβάνουν υπόψη τις χρονικές και χωρικές συσχετίσεις των ιστορικών δειγμάτων. 125 100 75 50 25 Rainfall (mm) Ano Bralos Rainfall (mm) Drymaia Rainfall (mm) Agia Triada Rainfall (mm) Atalanti 20/1/81 21/1/81 22/1/81 23/1/81 24/1/81 25/1/81 26/1/81 27/1/81 28/1/81 29/1/81 30/1/81 125 100 75 50 25 Rainfall (mm) Pavlos Rainfall (mm) Aliartos Ευστρατιάδης, Α.: Η Υδρόγειος ως επιχειρησιακό εργαλείο υδρολογικής προσομοίωσης και διαχείρισης τροποποιημένων λεκανών 7 0 0 20/1/81 21/1/81 22/1/81 23/1/81 24/1/81 25/1/81 26/1/81 27/1/81 28/1/81 29/1/81 30/1/81 20/1/81 21/1/81 22/1/81 23/1/81 24/1/81 25/1/81 26/1/81 27/1/81 28/1/81 29/1/81 30/1/81 20/1/81 21/1/81 22/1/81 23/1/81 24/1/81 25/1/81 26/1/81 27/1/81 28/1/81 29/1/81 30/1/81 125 100 75 50 25 Rainfall (mm) Eptalofos Rainfall (mm) Leivadia 0 20/1/81 21/1/81 22/1/81 23/1/81 24/1/81 25/1/81 26/1/81 27/1/81 28/1/81 29/1/81 30/1/81 125 100 75 50 25 Rainfall (mm) Davleia Rainfall (mm) Kato Tithorea 150 120 90 60 30 Discharge (m 3 /s) Basin outlet 0 0 20/1/81 21/1/81 22/1/81 23/1/81 24/1/81 25/1/81 26/1/81 27/1/81 28/1/81 29/1/81 30/1/81 20/1/81 21/1/81 22/1/81 23/1/81 24/1/81 25/1/81 26/1/81 27/1/81 28/1/81 29/1/81 30/1/81 20/1/81 21/1/81 22/1/81 23/1/81 24/1/81 25/1/81 26/1/81 27/1/81 28/1/81 29/1/81 30/1/81 20/1/81 21/1/81 22/1/81 23/1/81 24/1/81 25/1/81 26/1/81 27/1/81 28/1/81 29/1/81 30/1/81 20/1/81 21/1/81 22/1/81 23/1/81 24/1/81 25/1/81 26/1/81 27/1/81 28/1/81 29/1/81 30/1/81 20/1/1981 21/1/1981 22/1/1981 23/1/1981 24/1/1981 25/1/1981 26/1/1981 27/1/1981 28/1/1981 29/1/1981 30/1/1981 Τα μοντέλα γεγονότος δεν επιτρέπουν την ερμηνεία της πλημμυρικής διακινδύνευσης ως συνδυασμένης πιθανότητας όλων των υδρολογικών μεταβλητών που αλληλοσχετίζονται στην παραγωγή της απορροής, που σε μεγάλο βαθμό εξαρτάται από τη χωροχρονική μεταβλητότητα της εδαφικής υγρασίας. Λεκάνη Βοιωτικού Κηφισού (Παπαλεξίου και Ευστρατιάδης, 2009 Efstratiadis and Papalexiou, 2010)

Προσομοίωση υδροσυστήματος Βοιωτικού Κηφισού

Υδρόγειος (2005 2012): Πιλοτικές και επιχειρησιακές εφαρμογές Λεκάνη Liri Garigliano Λεκάνη Σμοκόβου Λεκάνη Πηνειού (Δυτική Θεσσαλία) Λεκάνη Σπερχειού Λεκάνη Βοιωτικού Κηφισού Λεκάνη Ασωπού Λεκάνη Γαδουρά Λεκάνες νήσου Ρόδου Ευστρατιάδης, Α.: Η Υδρόγειος ως επιχειρησιακό εργαλείο υδρολογικής προσομοίωσης και διαχείρισης τροποποιημένων λεκανών 9

Το κίνητρο: Ανάπτυξη μοντέλου διαχείρισης υδροδοτικού συστήματος Αθήνας Εύηνος Μόρνος Υδρευτικές γεωτρήσεις Λεκάνη Β. Κηφισού Υλίκης Υλίκη Μαραθώνας Σύστημα υποστήριξης αποφάσεων Μεταβλητές ελέγχου: Κανόνες λειτουργίας ταμιευτήρων και γεωτρήσεων Είσοδοι: Εισροές ταμιευτήρων (συνθετικές) Έξοδοι: Βέλτιστη κατανομή απολήψεων από ταμιευτήρες και γεωτρήσεις και μεταφορά τους με το ελάχιστο κόστος άντλησης Αθήνα Ευστρατιάδης, Α.: Η Υδρόγειος ως επιχειρησιακό εργαλείο υδρολογικής προσομοίωσης και διαχείρισης τροποποιημένων λεκανών 10

Ζητούμενα μιας ολοκληρωμένης προσέγγισης Χαρακτηριστικό υδροσυστήματος Πληθώρα καρστικών πηγών, σημαντική συνεισφορά βασικής ροής (~50%) Εκτεταμένα μέτωπα διαφυγών προς την Υλίκη και την θάλασσα Σημαντικές απώλειες λόγω διήθησης, το καρστ ανατροφοδοτείται από ανάντη νερά Ανταγωνιστικές χρήσεις νερού, συνδυασμένες απολήψεις επιφανειακών και υπόγειων νερών, άγνωστης κατανομής Οι απολήψεις από επιφανειακά και υπόγεια νερά επηρεάζουν δραστικά τη δίαιτα της λεκάνης και του υδροφορέα Μέρος της αρδευτικής ζήτησης καλύπτεται απόαντλούμενανεράτηςυλίκης Έντονη ετερογένεια ως προς τα φυσικά χαρακτηριστικά της λεκάνης (γεωλογία) Συστηματικές αλλά και σποραδικές μετρήσεις, σεδιάφορεςθέσειςτηςλεκάνης Απαιτήσεις υδρολογικού μοντέλου Συνδυασμένη αναπαράσταση επιφανειακών και υπόγειων διεργασιών Μοντελοποίηση απωλειών εκτός λεκάνης, χωρικέςκαιποσοτικέςεκτιμήσεις Μοντελοποίηση μηχανισμού διήθησης, ποσοτικές εκτιμήσεις, χωρική κατανομή Ποσοτικοποίηση των υδατικών αναγκών, περιγραφή των πρακτικών διαχείρισης, με βάση εύλογες υποθέσεις Συνδυασμένη αναπαράσταση φυσικών υδρολογικών διεργασιών και ανθρωπογενών επεμβάσεων Αναπαράσταση «εξωτερικών» εισροών Διερεύνηση της επίδρασης των εν λόγω χαρακτηριστικών στις διεργασίες Βέλτιστη προσαρμογή μοντέλου, με αξιοποίηση του συνόλου των μετρήσεων Ευστρατιάδης, Α.: Η Υδρόγειος ως επιχειρησιακό εργαλείο υδρολογικής προσομοίωσης και διαχείρισης τροποποιημένων λεκανών 11

Λεκάνη Β. Κηφισού Σχηματοποίηση και παραμετροποίηση Υδρογραφικό δίκτυο και υπολεκάνες Μονάδες υδρολογικής απόκρισης Υπόγεια κύτταρα και γεωτρήσεις Υδροσύστημα Ευστρατιάδης, Α.: Η Υδρόγειος ως επιχειρησιακό εργαλείο υδρολογικής προσομοίωσης και διαχείρισης τροποποιημένων λεκανών 12

Εκτίμηση παραμέτρων (βαθμονόμηση) Περίοδος ελέγχου (μηνιαία προσομοίωση) Οκτ. 1984 Σεπ. 1990 (βαθμονόμηση), Οκτ. 1990 Σεπ. 1994 (επαλήθευση) Μεταβλητές ελέγχου 60 παράμετροι προς βελτιστοποίηση, για την ερμηνεία των οποίων απαιτείται εύλογο πλήθος κριτηρίων Κριτήρια προσαρμογής (σταθμισμένα) Αποτελεσματικότητα (efficiency) και μεροληψία μέσης τιμής μηνιαίων υδρογραφημάτων στην έξοδο της λεκάνης και κατάντη των έξι πηγών Εμπειρικό μέτρο ελέγχου αναπαραγωγής περιόδων στείρευσης της παροχής Εμπειρικό μέτρο ελέγχου υπερετήσιας διακύμανσης της στάθμης των δεξαμενών υπόγειου νερού (έλεγχος τάσης, βασισμένος στη δοκιμή Mann Kendall). Διαδικασία βαθμονόμησης Ημιαυτόματη στρατηγική τριών σταδίων: (α) Γενική εικόνα εφικτού χώρου, εκτίμηση βέλτιστων τιμών ανά κριτήριο (β) Αδρομερής βελτιστοποίηση συνόλου κριτηρίων (γ) Βήμα προς βήμα βελτίωση επιμέρους πτυχών βέλτιστης λύσης. Βελτιστοποίηση ομάδων παραμέτρων, με εξελικτική μέθοδο ανόπτησης απλόκου Αναπροσαρμογή συντελεστών βάρους και ορίων εφικτού χώρου, ώστε να «κατευθυνθεί» η διαδικασία προς ένα αποδεκτό συμβιβασμό των κριτηρίων Έλεγχος προσαρμογής στην επαλήθευση, εμπειρική αξιολόγηση αληθοφάνειας παραμέτρων και μη μετρούμενων αποκρίσεων (εξατμοδιαπνοή, διαφυγές). Ευστρατιάδης, Α.: Η Υδρόγειος ως επιχειρησιακό εργαλείο υδρολογικής προσομοίωσης και διαχείρισης τροποποιημένων λεκανών 13

Σύνοψη αποτελεσμάτων Μηνιαία απορροή Περίοδος βαθμονόμησης Αποτελεσματικότητα Μεροληψία μέσης τιμής Περίοδος επαλήθευσης Αποτελεσμα τικότητα Μεροληψία μέσης τιμής Έξοδος λεκάνης 0.872 0.037 0.791 0.156 Πηγές Λιλαίας Κεφαλόβρυσου Πηγές Μαυρονερίου Πηγές Αγίας Παρασκευής Πηγές Έρκυνα 0.802 0.748 0.319 0.349 0.084 0.076 0.213 0.060 0.497 0.720 0.491 0.007 0.205 0.062 Πηγές Μέλανα 0.251 0.001 0.141 0.003 Πηγές Πολυγύρας 0.193 0.013 Ευστρατιάδης, Α.: Η Υδρόγειος ως επιχειρησιακό εργαλείο υδρολογικής προσομοίωσης και διαχείρισης τροποποιημένων λεκανών 14

Χαρακτηριστικά υδρογραφήματα 40.0 4.0 3.5 3.0 2.5 2.0 1.5 1.0 0.5 Προσοµοιωµένη Παρατηρηµένη 0.0 Οκτ-84 Απρ-85 Οκτ-85 Απρ-86 Οκτ-86 Απρ-87 Οκτ-87 Απρ-88 Οκτ-88 Απρ-89 Οκτ-89 Απρ-90 Οκτ-90 Απρ-91 Οκτ-91 Απρ-92 Οκτ-92 Απρ-93 Οκτ-93 Απρ-94 Οκτ-84 Απρ-85 Οκτ-85 Απρ-86 Οκτ-86 Απρ-87 Οκτ-87 Απρ-88 Οκτ-88 Απρ-89 Οκτ-89 Απρ-90 Οκτ-90 Απρ-91 Οκτ-91 Απρ-92 Οκτ-92 Απρ-93 Οκτ-93 Απρ-94 Μηνιαία παροχή (m 3 /s) 35.0 30.0 25.0 20.0 15.0 10.0 5.0 Προσοµοιωµένη Παρατηρηµένη Μηνιαία παροχή (m 3 /s) 0.0 Έξοδος λεκάνης (e cal = 87.2%, e val = 79.1%) Πηγές Λιλαίας Κεφαλόβρυσου (e cal = 80.2%, e val = 49.7%) 4.0 3.5 3.0 2.5 2.0 1.5 1.0 0.5 0.0 Προσοµοιωµένη Παρατηρηµένη 4.5 4.0 3.5 3.0 2.5 2.0 1.5 1.0 0.5 0.0 Προσοµοιωµένη Παρατηρηµένη Οκτ-84 Απρ-85 Οκτ-85 Απρ-86 Οκτ-86 Απρ-87 Οκτ-87 Απρ-88 Οκτ-88 Απρ-89 Οκτ-89 Απρ-90 Οκτ-90 Απρ-91 Οκτ-91 Απρ-92 Οκτ-92 Απρ-93 Οκτ-93 Απρ-94 Οκτ-84 Απρ-85 Οκτ-85 Απρ-86 Οκτ-86 Απρ-87 Οκτ-87 Απρ-88 Οκτ-88 Απρ-89 Οκτ-89 Απρ-90 Οκτ-90 Απρ-91 Οκτ-91 Απρ-92 Οκτ-92 Απρ-93 Οκτ-93 Απρ-94 Μηνιαία παροχή (m 3 /s) Μηνιαία παροχή (m 3 /s) Πηγές Μαυρονερίου (e cal = 74.8%, e val = 72.0%) Πηγές Μέλανα (e cal = 25.1%, e val = 14.1%) Ευστρατιάδης, Α.: Η Υδρόγειος ως επιχειρησιακό εργαλείο υδρολογικής προσομοίωσης και διαχείρισης τροποποιημένων λεκανών 15

Ερώτημα 1: Μπορούμε να αναπαράξουμε τη μεταβλητότητα της απορροής του 20 ου αιώνα? Η παρατηρημένη απορροή στην έξοδο της λεκάνης (1907 2003) παρουσιάζει εντυπωσιακή μεταβλητότητα, η οποία δεν εξηγείται πλήρως από την μεταβλητότητα της βροχής (οφειλόμενη στο φαινόμενο Hurst Kolmogorov). Προφανώς, η υδρολογική συμπεριφορά της λεκάνης επηρεάζεται τόσο από τις φυσικές διεργασίες όσο και από τις ανθρωπογενείς επεμβάσεις (απολήψεις). Ελλείψει στοιχείων, θεωρήθηκαν σταθερές αρδευτικές ανάγκες από τη δεκαετία του 1980 και πέρα, και μείωσή τους κατά 1% ετησίως, ώστε να αποτυπωθεί χονδρικά η ανάπτυξη της περιοχής κατά τον 20 ο αιώνα. Annual rainfall (mm) 1800Rainfall Rainfall (10yr MA) Discharge Discharge (10yr 28.0 MA) 1600 1400 1200 1000 800 600 400 1907 08 1914 15 1921 22 1928 29 1935 36 1942 43 1949 50 1956 57 1963 64 1970 71 1977 78 1984 85 1991 92 1998 99 24.0 20.0 16.0 12.0 8.0 4.0 0.0 Mean annual discharge (m 3 /s) Ευστρατιάδης, Α.: Η Υδρόγειος ως επιχειρησιακό εργαλείο υδρολογικής προσομοίωσης και διαχείρισης τροποποιημένων λεκανών 16

Προσομοίωση ιστορικής απορροής 80 70 Simulated Observed 60 50 40 30 20 10 0 80 70 60 50 40 30 20 10 0 Simulated Observed Oct 56 Oct 58 Oct 60 Oct 62 Oct 64 Oct 66 Oct 68 Oct 70 Oct 72 Oct 74 Oct 76 Oct 78 Oct 80 Oct 82 Oct 84 Oct 86 Oct 88 Oct 90 Oct 92 Oct 94 Oct 96 Oct 98 Oct 00 Oct 02 Mean montlhy discharge (m 3 /s) Oct 07 Oct 09 Oct 11 Oct 13 Oct 15 Oct 17 Oct 19 Oct 21 Oct 23 Oct 25 Oct 27 Oct 29 Oct 31 Oct 33 Oct 35 Oct 37 Oct 39 Oct 41 Oct 43 Oct 45 Oct 47 Oct 49 Oct 51 Oct 53 Oct 55 Mean montlhy discharge (m 3 /s) 1% ετήσια μείωση αρδευτικής ζήτησης Περίοδος ρύθμισης Ευστρατιάδης, Α.: Η Υδρόγειος ως επιχειρησιακό εργαλείο υδρολογικής προσομοίωσης και διαχείρισης τροποποιημένων λεκανών 17

Ερώτημα 2: Ποιες είναι οι επιπτώσεις από τη λειτουργία των γεωτρήσεων μέσου ρου? Οι γεωτρήσεις Βασιλικών Παρορίου διανοίχθηκαν στο 1990, στα πλαίσια του επείγοντος, ώστε να προμηθεύσουν με υδρευτικό νερό την Αθήνα εν μέσω μιας περιόδου έντονης ξηρασίας, που διήρκησε από το 1989 ως το 1994, εξαντλώντας σχεδόν τα επιφανειακά αποθέματα νερού. Ο συνδυασμός μειωμένων βροχοπτώσεων και εντατικών αντλήσεων είχε ως συνέπεια τη στείρευση των πηγών Μαυρονερίου (οι δεύτερες σε παροχή καρστικές πηγές της λεκάνης), προκαλώντας έτσι σοβαρά κοινωνικά και περιβαλλοντικά προβλήματα. Εννοιολογικός κόμβος (ομάδα γεωτρήσεων) Πηγές Μαυρονερίου (+120 m) Μεταφορά νερού προς Αθήνα Γεωτρήσεις Βασιλικών Παρορίου Μεταφορά νερού προς Κωπαίδα Ευστρατιάδης, Α.: Η Υδρόγειος ως επιχειρησιακό εργαλείο υδρολογικής προσομοίωσης και διαχείρισης τροποποιημένων λεκανών 18

Ερμηνεία της στείρευσης των πηγών Εξετάζονται δύο σενάρια αντλήσεων από τις γεωτρήσεις μέσου ρου, θεωρώντας τις πραγματικές υδρευτικές απολήψεις και υποθέτοντας μηδενικές αντλήσεις. Το μοντέλο καταδεικνύει ότι η πρώτη (1990) διακοπή της ροής των πηγών Μαυρονερίου θα ήταν αναπόφευκτη, ενώ η δεύτερη (1992 1994) θα μπορούσε να έχει περιοριστεί, με μια πιο βιώσιμη πολιτική αντλήσεων. Simulated water level of cell 12 (m) 124.0 123.0 122.0 121.0 120.0 119.0 118.0 117.0 Στάθμη εκροής πηγών Under pumping Without pumping Oct 84 Oct 85 Oct 86 Oct 87 Oct 88 Oct 89 Oct 90 Oct 91 Oct 92 Oct 93 Obs. discharge (under pumping) Sim. discharge (under pumping) Sim. discharge (no pumping) 4.0 3.5 3.0 2.5 2.0 1.5 1.0 0.5 0.0 Oct 84 Apr 85 Oct 85 Apr 86 Oct 86 Apr 87 Oct 87 Apr 88 Oct 88 Apr 89 Oct 89 Apr 90 Oct 90 Apr 91 Oct 91 Apr 92 Oct 92 Apr 93 Oct 93 Apr 94 Discharge at Mavroneri springs (m 3 /s) 0.0 1.0 2.0 3.0 4.0 5.0 6.0 7.0 8.0 Pumping through Vassilika Parori boreholes (m 3 /s) Ευστρατιάδης, Α.: Η Υδρόγειος ως επιχειρησιακό εργαλείο υδρολογικής προσομοίωσης και διαχείρισης τροποποιημένων λεκανών 19

Σενάρια στοχαστικής πρόγνωσης Παράγονται 100 σενάρια συνθετικών βροχοπτώσεων, μήκους 10 ετών. Εξετάζονται δύο σενάρια αντλήσεων από τις γεωτρήσεις Βασιλικών Παρορίου, θεωρώντας της τυπική αρδευτική ζήτηση (κανονικό σενάριο) και προσθέτοντας την υδρευτική ζήτηση της περιόδου 1993 94 (46 hm 3 ). Για κάθε χρονικό βήμα, αναλύεται στατιστικά το δείγμα των αποκρίσεων του μοντέλου, και εκτιμώνται τα όρια αβεβαιότητας. Μηνιαία παροχή πηγών Μαυρονερίου Κανονική χρήση γεωτρήσεων Μηνιαία παροχή πηγών Μαυρονερίου Εντατική χρήση γεωτρήσεων Ευστρατιάδης, Α.: Η Υδρόγειος ως επιχειρησιακό εργαλείο υδρολογικής προσομοίωσης και διαχείρισης τροποποιημένων λεκανών 20

Ερώτημα 3: Πώς θα συμπεριφερόταν η λεκάνη σε «αδιατάρακτες» συνθήκες; Ημερήσια στοχαστική προσομοίωση με συνθετικές βροχοπτώσεις 1000 ετών. Υπόθεση υφιστάμενων και μηδενικών αρδευτικών αναγκών. Προκύπτει σημαντική αλλαγή στα στατιστικά χαρακτηριστικά της απορροής, 10 40% μείωση του πραγματικού δυναμικού των πηγών λόγω των αντλήσεων. Discharge at Mavroneri springs (m 3 /s) 4.0 3.5 3.0 2.5 2.0 1.5 1.0 0.5 Modified Unmodified Daily discharge at basin outlet (m 3 /s) 1000 100 10 1 0.1 0.01 0.001 Modified Unmodified 0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 Probability of exceedence Καμπύλες διάρκειας για την ημερήσια παροχή εξόδου Discharge at Melas sprins (m 3 /s) 0.0 5.0 4.5 4.0 3.5 3.0 2.5 2.0 1.5 1.0 0.5 0.0 Modified Unmodified Ημερήσια υδρογραφήματα πηγών Μαυρονερίου και Μέλανα Ευστρατιάδης, Α.: Η Υδρόγειος ως επιχειρησιακό εργαλείο υδρολογικής προσομοίωσης και διαχείρισης τροποποιημένων λεκανών 21

Αναφορές και δημοσιεύσεις (1) Ευστρατιάδης, Α., Α. Κουκουβίνος, Ε. Ρόζος, Α. Τέγος, και Ι. Ναλμπάντης, Θεωρητική τεκμηρίωση μοντέλου προσομοίωσης υδρολογικών υδρογεωλογικών διεργασιών λεκάνης απορροής «Υδρόγειος», Ολοκληρωμένη Διαχείριση Υδατικών Συστημάτων σε Σύζευξη με Εξελιγμένο Υπολογιστικό Σύστημα (ΟΔΥΣΣΕΥΣ), Τεύχος 4α, ΤΥΠΥΘΕ ΕΜΠ, Αθήνα, Δεκέμβριος 2006. Ευστρατιάδης, Α., Α. Κουκουβίνος, Ν. Μαμάσης, και Δ. Κουτσογιάννης, Εναλλακτικά σενάρια διαχείρισης και βέλτιστης λειτουργίας ταμιευτήρα Σμοκόβου και συναφών έργων, Διερεύνηση σεναρίων διαχείρισης του ταμιευτήρα Σμοκόβου, Τεύχος 3, ΕΜΠ ΤΥΠΥΘΕ, Αθήνα, Ιούλιος 2008. Ευστρατιάδης, Α., Α. Τέγος, Γ. Καραβοκυρός, Ι. Κυριαζοπούλου, και Ι. Βαζίμας, Σχέδιο διαχείρισης των υδατικών πόρων περιοχής Καρδίτσας, Ολοκληρωμένη Διαχείριση Υδατικών Συστημάτων σε Σύζευξη με Εξελιγμένο Υπολογιστικό Σύστημα (ΟΔΥΣΣΕΥΣ), Τεύχος 16, Αθήνα, Δεκέμβριος 2006. Ευστρατιάδης, Α., Ε. Ρόζος, και Α. Κουκουβίνος, Υδρόγειος: Μοντέλο υδρολογικής και υδρογεωλογικής προσομοίωσης Θεωρητική τεκμηρίωση, Ανάπτυξη βάσης δεδομένων και εφαρμογών λογισμικού σε διαδικτυακό περιβάλλον για την «Εθνική Τράπεζα Υδρολογικής και Μετεωρολογικής Πληροφορίας», 139 σελίδες, Τομέας Υδατικών Πόρων και Περιβάλλοντος Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο, Νοέμβριος 2009. Ευστρατιάδης, Α., Ι. Ναλμπάντης, και Ε. Ρόζος, Μοντέλο προσομοίωσης του υδρολογικούκύκλουστηλεκάνηβοιωτικούκηφισού Υλίκης, Εκσυγχρονισμός της εποπτείας και διαχείρισης του συστήματος των υδατικών πόρων ύδρευσης της Αθήνας, Τεύχος 21, ΤΥΠΥΘΕ ΕΜΠ, Αθήνα, 2004. Ευστρατιάδης, Α., και Ε. Ρόζος, Υδρολογική διερεύνηση, Έργα Ύδρευσης Ρόδου από το φράγμα Γαδουρά Β φάση: Προμελέτες, οριστικές μελέτες κλπ. μελέτες έργων Υδραγωγείων και ΕΕΝ Τεύχη Δημοπράτησης, Εργοδότης: Υπουργείο Περιβάλλοντος, Χωροταξίας και Δημόσιων Έργων, Ανάδοχος: Υδροεξυγιαντική, 57 σελίδες, Ιούλιος 2010. Ευστρατιάδης, Α., Μη γραμμικές μέθοδοι σε πολυκριτηριακά προβλήματα βελτιστοποίησης υδατικών πόρων, με έμφαση στη βαθμονόμηση υδρολογικών μοντέλων, Διδακτορική διατριβή, ΕΜΠ, Αθήνα, 2008. Κοψιαύτη, Μ., Διερεύνηση στρατηγικών παραμετροποίησης υδρογεωλογικού υπομοντέλου του λογισμικού Υδρόγειος Εφαρμογή στηλεκάνητουβ. Κηφισού, Μεταπτυχιακή εργασία, ΕΜΠ, 2009. Ναλμπάντης, Ι., και Ε. Ρόζος, Σύστημα προσομοίωσης του υδρολογικού κύκλου στη λεκάνη Β. Κηφισού, Εκσυγχρονισμός της εποπτείας και διαχείρισης του συστήματος των υδατικών πόρων ύδρευσης της Αθήνας, Τεύχος 10, 72 σελίδες, ΤΥΠΥΘΕ ΕΜΠ, Αθήνα, 2000. Παπαλεξίου, Σ. Μ., και Α. Ευστρατιάδης, Τελική έκθεση, Εκτίμηση και πρόγνωση του πλημμυρικού κινδύνου με τη χρήση υδρολογικώνμοντέλωνκαιπιθανοτικώνμεθόδων, ΤΥΠΠΕΡ ΕΜΠ, 2009. Ρόζος, Ε., Υδρολογική προσομοίωση της ροής σε υδροφορείς υψηλής αβεβαιότητας, Διδακτορική διατριβή, ΤΥΠΠΕΡ ΕΜΠ, 2010. Τέγος, Α., Συνδυασμένη προσομοίωση υδρολογικών υδρογεωλογικών διεργασιών και λειτουργίας υδροσυστήματος Δυτικής Θεσσαλίας, Διπλωματική εργασία, ΕΜΠ, 2005. Ευστρατιάδης, Α.: Η Υδρόγειος ως επιχειρησιακό εργαλείο υδρολογικής προσομοίωσης και διαχείρισης τροποποιημένων λεκανών 22

Αναφορές και δημοσιεύσεις (2) Efstratiadis, A., and D. Koutsoyiannis, One decade of multiobjective calibration approaches in hydrological modelling: a review, Hydrological Sciences Journal, 55(1), 58 78, 2010. Efstratiadis, A., and S. M. Papalexiou, The quest for consistent representation of rainfall and realistic simulation of process interactions in flood risk assessment, European Geosciences Union General Assembly 2009, Geophysical Research Abstracts, Vol. 12, Vienna, 11101, European Geosciences Union, 2010. Efstratiadis, A., A. Mazi, A. D. Koussis, and D. Koutsoyiannis, Flood modelling in complex hydrologic systems with sparsely resolved data, European Geosciences Union General Assembly 2009, Geophysical Research Abstracts, Vol. 11, Vienna, 4157, European Geosciences Union, 2009. Efstratiadis, A., I. Nalbantis, A. Koukouvinos, E. Rozos, and D. Koutsoyiannis, HYDROGEIOS: A semi distributed GIS based hydrological model for modified river basins, Hydrology and Earth System Sciences, 12, 989 1006, 2008. Efstratiadis, A., I. Nalbantis, E. Rozos, and D. Koutsoyiannis, Accounting for water management issues within hydrological simulation: Alternative modelling options and a network optimization approach, European Geosciences Union General Assembly 2010, Geophysical Research Abstracts, Vol. 12, Vienna, 10085, European Geosciences Union, 2010. Efstratiadis, A., New insights on model evaluation inspired by the stochastic simulation paradigm, European Geosciences Union General Assembly 2011, Geophysical Research Abstracts, Vol. 13, Vienna, 1852, European Geosciences Union, 2011. Nalbantis, I., A. Efstratiadis, and D. Koutsoyiannis, On the use and misuse of semi distributed rainfall runoff models, XXIV General Assembly of the International Union of Geodesy and Geophysics, Perugia, International Union of Geodesy and Geophysics, International Association of Hydrological Sciences, 2007. Nalbantis, I., A. Efstratiadis, E. Rozos, M. Kopsiafti, and D. Koutsoyiannis, Holistic versus monomeric strategies for hydrological modelling of human modified hydrosystems, Hydrology and Earth System Sciences, 15, 743 758, doi:10.5194/hess 15 743 2011, 2011. Nalbantis, I., E. Rozos, G. M. T. Tentes, A. Efstratiadis, and D. Koutsoyiannis, Integrating groundwater models within a decision support system, Proc. 5th International Conference of European Water Resources Association: ʺWater Resources Management in the Era of Transitionʺ, 279 286, European Water Resources Association, Athens, 2002. Rianna, M., E. Rozos, A. Efstratiadis, and F. Napolitano, Assessing different levels of model complexity for the Liri Garigliano catchment simulation, European Geosciences Union General Assembly 2011, Geophysical Research Abstracts, Vol. 13, Vienna, 4067, European Geosciences Union, 2011. Rozos, E., A. Efstratiadis, I. Nalbantis, and D. Koutsoyiannis, Calibration of a semi distributed model for conjunctive simulation of surface and groundwater flows, Hydrological Sciences Journal, 49(5), 819 842, 2004. Rozos, E., and D. Koutsoyiannis, A multicell karstic aquifer model with alternative flow equations, Journal of Hydrology, 325(1 4), 340 355, 2006. Rozos, E., and D. Koutsoyiannis, Error analysis of a multi cell groundwater model, Journal of Hydrology, 392(1 2), 22 30, 2010. Ευστρατιάδης, Α.: Η Υδρόγειος ως επιχειρησιακό εργαλείο υδρολογικής προσομοίωσης και διαχείρισης τροποποιημένων λεκανών 23

Η παρουσίαση είναι διαθέσιμη στη διεύθυνση: http://www.itia.ntua.gr/el/docinfo/1227/ Το λογισμικό είναι διαθέσιμο στη διεύθυνση: http://itia.ntua.gr/el/softinfo/25/ Επικοινωνία: andreas@itia.ntua.gr Ευστρατιάδης, Α.: Η Υδρόγειος ως επιχειρησιακό εργαλείο υδρολογικής προσομοίωσης και διαχείρισης τροποποιημένων λεκανών 24